La nitrogenasa y su papel en las plantas

Este es el nombre del enzima principal que se encarga de la fijación biológica del nitrógeno. La reacción que se produce es altamente endergónica y su estequiometria es:

El complejo enzimático de la nitrogenasa puede separarse en dos componentes: la proteína Fe y la proteína Mo-Fe, ninguna de las cuales tiene actividad catalítica por si misma:

La reductasa de la nitrogenasa, o proteína Fe (componente II), es la más pequeña de los dos componentes y está formada por dos subunidades idénticas. Tiene cuatro centros hierro-azufre que participan las reacciones redox implicadas en  en la conversión del nitrógeno a amonio. Esta proteína es muy sensible a la presencia de oxígeno y se inactiva de manera irreversible en su presencia.

La dinitrogenasa, o proteína Fe-Mo (componente I), tiene cuatro subunidades. Cada una de estas subunidades tiene dos centros Mo-Fe-S y un número variable de centros Fe-S. Esta proteína también es inactivada por el oxígeno.

Pero, ¿por qué dedicar una entrada del blog a este enzima? Pues bien, la nitrogenasa es la principal enzima de fijación biológica del nitrógeno. El nitrógeno a pesar de ser el gas más abundante en la atmósfera, con una proporción del 78% está en una forma que no es accesible para la mayoría de los seres vivos, la adquisición del nitrógeno de la atmósfera requiere de la rotura del enlace covalente triple que une los dos átomos de nitrógeno que es extraordinariamente estable. En la naturaleza hay tres vías de fijación de este nitrógeno. Por orden de contribución a la fijación de nitrógeno total tenemos las reacciones fotoquímicas que fijan aproximadamente un 2% del nitrógeno gracias a las reacciones que se dan entre el óxido nítrico y el ozono para producir ácido nítrico, Los relámpagos que contribuyen en un 8% a la fijación del nitrógeno. Estos convierten el vapor de agua y el oxígeno en radicales hidroxilo libres, átomos de hidrógeno y oxígeno altamente reactivos que pueden reaccionar con el nitrógeno molecular para formar ácido nítrico.

El 90% restante del nitrógeno fijado procede de la fijación biológica del nitrógeno en bacterias o algas verdes que fijan el nitrógeno atmosférico a amonio, y el enzima más importante de este tipo de fijación es la nitrogenasa.

¿Y cual es la relación con las plantas?

Uno de los principales factores limitantes del crecimiento de las plantas es el nitrógeno. Y algunos grupos han establecido relaciones simbióticas con las bacterias fijadoras del nitrógeno, como es el caso de las leguminosas y las bacterias del género rizhobia. Se trata de una simbiosis muy estrecha y que requiere un intercambio de señales (genes NOD) entre la bacteria y la planta ya que la planta debe desarrollar una grupo de estructuras especiales para alojar a estas bacterias, porque recordemos que la nitrogenasa queda inactiva frente al oxígeno, pero que éste es necesario para las plantas, por eso en los nódulos (estructura de la planta donde se alojan las bacterias simbiontes) contienen una proteína hemo con gran afinidad por el oxígeno, la leghemoglobina.

Todo esto que os he contado son unas breves pinceladas…pero hay mucho más, así que si os pica la curiosidad:

TAIZ, L., ZEIGER, E., 2006. Fisiología Vegetal. Editorial Publicacions de la Universitat Jaume I Castelló. Tercera Edición. Castellón. 498-513.

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